徐州市新城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀分析

馮春莉，李克誠，鹿 飛

（1.江蘇省徐州環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 徐州 221002； 2.汶上縣第一中學(xué)，山東 濟寧 272500；3.江蘇方正環(huán)境集團有限公司，江蘇 徐州 221002）

0 引言

當前我國大氣環(huán)境形勢依然嚴峻，環(huán)境攻堅戰(zhàn)任重道遠。已有研究及數(shù)據(jù)初步分析為掌握徐州大氣環(huán)境狀況提供了基本資料。徐州市屬于內(nèi)陸型工業(yè)城市，以能源消耗為主，每年冬季取暖季節(jié)，空氣污染加?。恍熘菟闹墉h(huán)山，在大氣擴散條件不利的條件下，容易造成污染物積聚； 同時地處四省交界地帶，冬季受冷空氣南下影響，容易受華北區(qū)域等外來污染物影響，與本地積累的污染物疊加，會加重污染程度；進入冬季采暖期，污染物排放量隨著散煤量燃燒的上升也會增加，空氣污染加劇[1-3]。但這些分析仍然缺少定量結(jié)果，難以為精細化管理提供數(shù)據(jù)和科技支撐。本文根據(jù)2018～2019 年徐州市環(huán)境空氣質(zhì)量的常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)及采樣成分數(shù)據(jù)，采用環(huán)境空氣質(zhì)量綜合指數(shù)法和環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）法[4]分析了徐州市新城區(qū)站點環(huán)境空氣質(zhì)量的現(xiàn)狀，著重分析新城區(qū)污染物特征、影響因素以及污染物來源的定量占比。分析結(jié)果可為當?shù)卣槍π缘亻_展污染物治理、大氣環(huán)境質(zhì)量精細化管理提供依據(jù)，分析方法可為其它地區(qū)從事相關(guān)研究提供借鑒。

1 污染現(xiàn)狀分析

1.1 空氣質(zhì)量總體情況

徐州市環(huán)境空氣質(zhì)量由新城區(qū)、淮塔等7 個國控站點監(jiān)測數(shù)據(jù)進行評價。各監(jiān)測站點按照HJ 664—2013 《環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測點位布設(shè)技術(shù)規(guī)范（試行）》 的要求開展 SO2，NO2，PM10，CO，O3和 PM2.5等6 種常規(guī)污染物的監(jiān)測[5]。其中，徐州新城區(qū)站點位于主城區(qū)東南，云龍區(qū)彭祖大道與太行路交叉口西江蘇省徐州環(huán)境監(jiān)測中心（34°21′53″N，117°25′60″E），采樣高度為13 m。該站環(huán)境質(zhì)量對徐州市均值影響較大，是徐州市重點關(guān)注區(qū)域，對該站的分析具有很強的代表性和現(xiàn)實意義。

徐州市2019 年全年空氣質(zhì)量統(tǒng)計結(jié)果見表1。由表1 可以看出，2019 年達到二級以上的天數(shù)為216 d，優(yōu)良率59.2%；輕度污染和中度污染天數(shù)分別為 112 和 27 d，重度污染 10 d。2019 年新城區(qū)站點空氣質(zhì)量達標率為56.9%，較徐州市均值低2.3個百分點。

表1 2019 年新城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量各級天數(shù)統(tǒng)計 d

1.2 主要污染物濃度及超標情況

2019 年新城區(qū)及徐州市主要污染物濃度及超標情況見表2 和表3。由表2 和表3 可以看出，新城區(qū)站點SO2和NO2濃度均低于徐州市均值，NO2超標天數(shù)比徐州市均值少2 d；PM10質(zhì)量濃度 104 μg/m3，比徐州市均值高 4 μg/m3，但超標天數(shù)少 3 d；O3-8h和PM2.5質(zhì)量濃度分別高于徐州市均值4 和2 μg/m3，超標天數(shù)分別多4 和3 d。從污染物濃度水平可知，PM10，PM2.5和 O3-8h這 3 種污染物是影響新城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量的主要污染物，PM2.5和O3-8h是造成新城區(qū)站點優(yōu)良率低于徐州市平均水平的主要原因。

表2 2019 年新城區(qū)及徐州市主要污染物濃度 μg.m-3

表3 2019 年新城區(qū)及徐州市主要污染物濃度超標天數(shù) d

1.3 空氣質(zhì)量類別和優(yōu)良率月變化

2019 年徐州市區(qū)與新城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量類別和優(yōu)良率的月變化見圖1 和圖2。由圖1 和圖2 可以看出，2019 徐州市區(qū) 1，2，6 和 12 月份優(yōu)良率均較低，新城區(qū)1，6 和12 月份優(yōu)良率均較低，且12 月份顯著低于徐州市區(qū)的優(yōu)良率。1 月與12 月為冬季，徐州進入采暖季，主要工業(yè)企業(yè)和采暖產(chǎn)生的污染排放量增加；冬季太陽輻射減弱，容易出現(xiàn)逆溫，靜穩(wěn)的不利氣象條件導(dǎo)致污染物無法擴散和清除，在近地表產(chǎn)生累積，加上外來污染物傳輸作用，易形成重污染過程。6 月份優(yōu)良率明顯偏低，這主要是因為6 月份徐州市及周邊地區(qū)進入麥收季節(jié)，麥收作業(yè)過程造成顆粒物濃度升高，并且局地焚燒秸稈的現(xiàn)象造成重度污染過程的出現(xiàn)；6 月份進入夏季，氣溫開始逐漸升高，O3超標情況也比較明顯，導(dǎo)致優(yōu)良率比較低。

圖1 新城區(qū)空氣質(zhì)量月變化

圖2 徐州市區(qū)空氣質(zhì)量月變化

2 污染物濃度波動規(guī)律及原因分析

2.1 周內(nèi)波動規(guī)律及原因

為進一步分析新城區(qū)污染物濃度變化情況，對污染物濃度小時值進行了分析，發(fā)現(xiàn)各污染物有明顯的日和小時變化規(guī)律，新城區(qū)站點2019 年污染物周內(nèi)日均值見圖3。由圖3 可以看出，各項污染物存在明顯的日變化。其中：PM10和PM2.5平均濃度在周日和周一明顯高于其他時間，整體呈現(xiàn)微U 型變化；CO濃度在周五出現(xiàn)最低值，而在周末顯著上升，主要是受到周末居民出行的機動車排放影響；SO2和NO2周一至周日變化則不明顯。另外，在日內(nèi)24 h 變化方面，SO2，CO，PM2.5在 7：00～11：00 濃度升高，可能受早高峰、工業(yè)生產(chǎn)等影響；NO2，PM10和 PM2.5在 21：00至次日7：00 存在高值，主要與渣土車和重型柴油車等高排放車輛的夜間同行有關(guān)，同時夜間邊界層降低，擴散不利，污染物極易堆積。PM2.5與CO 濃度都在8：00～10：00 達到當日峰值，主要是受早高峰機動車排放的影響。對PM2.5和CO 濃度小時均值進行線性擬合后發(fā)現(xiàn)，二者R2達到0.91，存在很高的相關(guān)性，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，站點周邊有昆侖大道、迎賓大道和迎賓快速路，車流量較大，可進一步推斷PM2.5濃度高值受周邊道路機動車排放影響較明顯。

圖3 新城區(qū)站點2019 年污染物周內(nèi)日均值

2.2 PM2.5 與風(fēng)向相關(guān)性

新城區(qū)污染濃度風(fēng)速分布見圖4 和圖5。由圖4和圖5 可以看出，2019 年新城區(qū)站點主要受到偏東風(fēng)的影響，其中來自南風(fēng)、東北風(fēng)的影響較為顯著。而污染分布圖說明，除了站點周邊本地污染源外，長距離傳輸?shù)奈廴驹粗饕獊碜杂谀戏?、東南方的高風(fēng)速遠距離傳輸和西北部的傳輸影響。相較于2018年，新城區(qū)2019 年主導(dǎo)風(fēng)向下的風(fēng)速明顯加大，且低風(fēng)速、短距離的污染事件更加集中。新城區(qū)站點受偏南風(fēng)影響為主，因此，在新城區(qū)站點偏東南、西南方向上的道路交通、工地揚塵、汽配城、大成物流園、李莊等城中村存在的揚塵、生物質(zhì)燃燒等相關(guān)污染源影響可能較大。

圖5 2019 年風(fēng)速污染分布

3 PM2.5 來源解析

大氣顆粒物來源解析是通過顆粒物成分的分析，掌握不同顆粒物來源對大氣污染物濃度的貢獻。該項工作是科學(xué)、有效地開展顆粒物污染防治的基礎(chǔ)和前提，是制定環(huán)境空氣質(zhì)量達標規(guī)劃和重污染天氣應(yīng)急預(yù)案的重要依據(jù)[6-7]。在源解析工作中，一般實行現(xiàn)場采樣—實驗室分析—受體模型分析的操作流程。通常以化學(xué)質(zhì)量平衡模型（CMB）、正定矩陣因子分解模型（PMF）、復(fù)合受體模型（PCA/MLR-CMB）等為主要解析模型，以污染源和環(huán)境受體（空氣）的顆粒物為主要監(jiān)測對象，以顆粒物質(zhì)量及其主要化學(xué)組分為主要監(jiān)測因子，構(gòu)建顆粒物源成分譜及受體顆粒物的主要化學(xué)組成，納入受體模型進行計算，得到各源類對環(huán)境空氣中顆粒物的貢獻值和分擔率[8]。根據(jù)徐州市PM2.5冬春高、夏秋低的特點，并且夏季首要污染為O3-8h，6 月顆粒物濃度相對較低，除6 月外，對其他月份進行顆粒物采樣及來源解析，2019 年新城區(qū)站點PM2.5源解析結(jié)果見圖6。

圖6 2019 年新城區(qū)站點PM2.5 源解析

由圖6 可以看出，二次源貢獻最大，接近50%，其次為機動車、燃煤、鋼鐵工業(yè)、生物質(zhì)燃燒和揚塵等。而二次源主要成分為硝酸鹽和硫酸鹽等，最終主要來自SO2，NOx等污染氣體排放，這些氣體污染物在大氣中發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)造成了顆粒物、尤其是細顆粒濃度的升高。

不同污染源的貢獻具有較強的季節(jié)性特征。機動車源和生物質(zhì)燃燒從10 月到12 月下降明顯，但燃煤、工業(yè)和揚塵貢獻明顯增加。11 月24～3 月10日為徐州市冬季采暖期，顆粒物濃度受燃煤量增加而升高，燃煤貢獻增加。其中 1~3 月份，11～12 月份燃煤源均值為12%左右。進入4 月份以后，供暖期結(jié)束，燃煤源貢獻下降明顯，但依然存在，說明一定程度上受到周邊居民、餐飲等散煤燃燒影響。

揚塵源和生物質(zhì)燃燒貢獻也較大，部分月份占比超過10%，表明建筑、道路、工業(yè)等揚塵及周邊秸稈燃燒等來源的控制需要加強。

源解析結(jié)果揭示出了主要污染來源的貢獻及其季節(jié)性變化規(guī)律，為分季節(jié)進行有針對性的控制提供了數(shù)據(jù)支撐和科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)論

（1）新城區(qū)站點2019 年空氣質(zhì)量達標天數(shù)為199 d，優(yōu)良率56.9%，較全市平均水平低2.3 個百分點。新城區(qū)站點PM10，PM2.5和O3-8h是影響新城區(qū)及周邊區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量的主要污染物，PM2.5和O3-8h是造成新城區(qū)站點優(yōu)良率低于徐州市平均水平的主要原因。

（2）新城區(qū)站點受偏南風(fēng)影響為主；新城區(qū)站點偏東南、西南方向上的道路交通、工地揚塵、城中村污染源影響較大。

（3）機動車源和二次源貢獻率比較高，二次源貢獻最大，接近50%，機動車源存在季節(jié)性變化，夏季明顯偏高；進入采暖期，燃煤源升高明顯。